一種基于單張圖片的室內場景建模方法【
技術領域：
】[0001]本發(fā)明涉及一種基于單張圖片的室內場景建模方法，屬于計算機圖像處理和計算機圖形學領域，特別是基于圖像的建模方法?！?br>背景技術：
】[0002]隨著數字攝影時代的到來，數字圖像已經成為最為豐富的數字媒體之一，且我們要構建的很多三維模型都能在現實世界中找到或加以塑造，因此可以從圖像中獲得豐富的創(chuàng)造性啟發(fā)，實現基于圖像的幾何建模。事實也正是如此，從真實場景圖像中獲取三維信息一直都是三維建模領域的一個重要研究方向。近年來，建模技術的發(fā)展使互聯網上的三維模型數據集與日劇增。例如Google公司提供的3DWarehouse、普林斯頓大學形狀分析小組的3DModelSearchEngine以及AimOshape的ShpeRepository等模型庫都提供了極為豐富的三維模型資源。利用這些已有資源，將其融入到模型自動生成或重建中，用以生成全新的三維模型已經成為三維建模領域另外一個重要發(fā)展方向。由于基于單幅圖像進行三維重構是個病態(tài)問題，因此很難直接從其本身進行曲面場景的重建。但已有的三維模型卻能夠為其提供很多類似的曲面模型，所以可以通過對圖像的分析獲取待建模物體，再在已有的模型數據集中搜索與其類似的曲面模型，來完成最終三維場景的重構。[0003]基于圖像建模技術是人們心目中一種理想的建模方式。傳統的基于圖像建模技術往往需要從不同視點拍攝同一場景或物體的多幅圖像作為輸入，采用立體視覺等方法進行三維重建，如文獻IScharsteinD,SzeliskiR.Ataxonomyandevaluationofdensetw〇-framestereocorrespondencealgorithms.InternationalJournalofComputerVision,2002,47(1):7-42。這就在一定程度上限制了圖像在幾何建模中的應用。由于通常獲得單幅圖像更為方便，所以基于單幅圖像的三維重建應用范圍更廣些。計算機視覺中傳統的基于單幅圖像建模方法往往基于明暗、紋理、焦距等線索來實現幾何重建，但這些方法通常對畫面中的景物的形狀、反射屬性等都有嚴格的限制，所以只適合某些特定場景的重建。隨后的研究中，研究人員通過引入恰當的交互來有效的簡化單幅圖像重建問題，如文獻2ChenT.,ZhuZ.,ShamirA.,HuS.M.etal.3-sweep:extractingeditableobjectsformasinglephoto.ACMTransactionsonGraphics(TOG).Vol.32.No.6.SIGGRAPHAsia2013.Article195,這類方法多從圖像自身信息出發(fā)，通過交互指定滅點信息和幾何不變量實現單幅圖像的幾何重建，但也存在一定的局限性，通常只能重建出由平面和基本幾何形體所構成的場景。本文基于已有的三維模型庫完成單幅圖像場景重建，能夠生成更加合理的曲面模型。[0004]隨著互聯網上可用的三維模型增加，基于模型數據集的數據驅動幾何建模方法近年來已成為了一種新的建模方式。其中很多研究只針對單個物體進行建模，根據輸入對象的不同，現有方法大致可以分為三類：一類方法從圖像出發(fā)借助模型數據集進行相應的幾何重建，如文獻3KaiXu,HanlinZheng,HaoZhang,DanielCohen-Or,LigangLiujYueshanXiong.Photo-InspiredModel-Driven3DObjectModeling.ACMTransactionsonGraphics(SIGGRAPH2011)，2011都可在圖像的啟發(fā)下，借助分割好的模型數據集，通過部件檢索，組裝形變等操作完成幾何重構。一類方法從草圖出發(fā)借助模型數據集進行相應的幾何重建，如文獻4Eitz,M.，Richter,R.，Boubekeur,T.，Hildebrand,K.,andAlexa,M.2012.Sketch-basedshaperetrieval.ACMTransactionsonGraphics31，4,31:1-31:10等實現了相應的草圖檢索技術，用戶可根據輸入的草圖在已有的模型庫中搜索到結構類似的幾何模型，但這類方法主要關注的是檢索性能的提高，而不是建模本身。還有一類方法利用已有的模型數據集對采集的殘缺點云數據進行重構，利用采集圖像和點云信息，借助檢索思想在與物體同類模型所組成的模型數據集中搜索匹配部件，并通過部件組裝拼接完成幾何模型的重構。上述研究都是只針對單個物體進行構建，并且除草圖建檢索技術外，其他方法對模型數據集都有一定的要求，需根據所構建物體的不同，按類別構建所需的模型庫。而在進行場景構建時，由于場景中包含多個物體，并且在構建過程中如無標注，并不知道場景中各物體的具體類型，因此很難分類組織模型數據庫，進而很難直接將上述方法擴展到場景建模研究中。[0005]隨著技術的發(fā)展，逐漸也出現了一些基于模型數據集的場景構建方法。根據輸入對象的不同，現有方法大致可以分為二類：一類方法仍然是從草圖出發(fā)借助已有的模型數據集進行場景重建，如文獻5XuK，ChenK,FuH，etal.Sketch2scene:Sketch-basedco-retrievalandco-placementof3dmodels[J].ACMTransactionsonGraphics(TOG),2013,32(4):123.等方法將草圖檢索技術和草圖建模技術進行了組合，用于場景構建，由于場景中包含多個物體，所以他們對輸入的草圖順序及類型都或多或少有些要求。另外一類方法是利用已有的模型數據集對采集的殘缺點云數據場景進行重構，如6ShaoT,XuW,ZhouK，etal.Aninteractiveapproachtosemanticmodelingofindoorsceneswithanrgbdcamera[J].ACMTransactionsonGraphics(TOG)，2012,31(6):136等方法，他們利用所獲得的圖像和點云信息對場景進行分害!]，得到場景中所包含的單個物體，然后再利用檢索技術在模型數據集中搜索與其匹配的三維模型，當所有物體都搜索完畢后，便可完成場景的重建。上述研究雖然取得了一系列的研究成果，但對輸入都有特殊的要求（非專業(yè)用戶很難繪制場景草圖，無專業(yè)設備也很難獲得場景的點云數據），不便于普通用戶的使用。由于真實場景的單視角圖像更容易獲得，因此如能從單張真實場景圖像出發(fā)，利用已有模型數據集進行場景重構，將更具應用價值，本文也正是從該點出發(fā)進行相關研究的?！?br/>發(fā)明內容】[0006]發(fā)明目的：本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種新的單張圖片室內場景建模思路和一種新的模型檢索方法。[0007]技術方案：本發(fā)明公開了一種基于單張圖片的室內場景建模方法，該方法用于從單張室內場景圖片中還原出三維場景，包括以下步驟：[0008]步驟（1)圖像分析階段，對于給定的一張單視點下所拍攝的室內場景輸入圖像I，以及一個有多類模型組成的模型庫S，對輸入圖像I進行分析，然后結合圖像分割，提取出輸入圖像I中所包含的待建模物體IO1,…，OJ;[0009]步驟（2)，模型檢索階段，利用圖像中提取的待建模物體IO1,…，OJ，在模型庫S中檢索得到匹配的三維模型，完成對應場景的重建。[0010]本發(fā)明步驟（1)中對輸入圖像I進行分析，然后結合圖像分割技術，提取出輸入圖像I中所包含的待建模物體IA，…，OJ，具體步驟為：[0011]步驟（11)，利用幾何推理當前第1頁1 2